Interessante Messungen/ Sicherheit

Soweit wie möglich soll in diesem Buch nur mit Kleinspannungen (unter 120V Gleichspannung bzw. 50V Wechselspannung) und kleinen Strömen gearbeitet werden. Denoch sollte man sich immer den Gefahren des elektrischen Stromes bewusst sein und sich entsprechend verhalten: Wenn die Schaltung von einem Netzgerät gespeist wird, so hängt dieses an Netzspannung. Wenn die Schaltung von Batterien oder Akkus gespeist wird, so besteht trotzdem noch Kurzschlussgefahr, bei der hohe Ströme fliessen können, die Lichtbögen verursachen oder Bauteile überlasten.

Die fünf Sicherheitsregeln

1. Freischalten
2. Gegen Wiedereinschalten sichern
3. Spannungsfreiheit feststellen
4. Erden und Kurzschliessen
5. Benachbarte unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken

Diese 5-Sicherheitsregeln sollten bei Arbeiten mit Hochspannung auf jeden Fall beachtet werden. Bei Niederspannung reichen die ersten 3 Sicherheitsregeln häufig aus, da keine Erdung erforderlich ist oder die Quelle ohnehin ganz entfernt wurde. Trotzdem gelten die Hinweise von Punkt vier unten bezüglich Energiespeichern auch hier.

Genauer beschrieben bedeuten die Regeln folgendes:

Freischalten

Das heisst: Den Stromkreis abschalten und Versorger trennen, zum Beispiel durch:

Leitungsschutzschalter abschalten
Schaltwagen herausziehen
NH Sicherungen herausnehmen (Nur mit Sicherheits-Stulpen)
Ausstecken

Gegen Wiedereinschalten sichern

Das heisst: Schaltvorrichtungen und Versorgungen deutlich sichtbar kennzeichnen und andere informieren, zum Beispiel durch:

Motorschutzschalter mit einem Schloss versehen
Sicherungseinsätze sicher verwahren oder mitnehmen
Aufkleber an Schalter anbringen
In der Leitwarte Bescheit geben

Spannungsfreiheit feststellen

Man kann nicht immer davon ausgehen, dass ein gesammter Anlagenteil Spannungsfrei ist. Daher muss die Spannungsfreiheit immer fesgestellt werden.

Nur mit geeignetem Spannungsmessgeräten
Messgerät vor und nach der Messung auf Funktion überprüfen
Niemals Phasenprüfer benutzen, weil diese gefährlich sein können
Ein zweipoliger Spannungsprüfer(Duspol) kann benutzt werden

Erden und Kurzschließen

Um sich gegen Wiedereinschalten der Anlage abzusichern, muss man die Anlage erden und kurz schliessen. Bei einem Wiedereinschalten liegt die Spannung unmittelbar gegen Erde an und die Überstromschutzeinrichtung sollte auslösen.

Nur mit geeignetem Erdungsgeschirr
Immer zuerst an der Erdungseinrichtung und dann an den Leitern
Kurzschließen aller Leiter

Beim Kurzschließen ist immer auch an Energiespeicher wie Kondensatoren, Spulen und (Backup-)Batterien zu denken. Kondensatoren sollten nie hart kurzgeschlossen werden, also beispielsweise über einen Schraubendreher. Harte Kurzschlüsse können Funkenflug verursachen, aber auch das Bauteil überlasten. Es gilt also: Kondensatoren immer über einen Widerstand entladen. Batterien und Akkumulatoren sollten nie kurzgeschlossen sondern am besten entfernt werden.

Benachbarte unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken

Manchmal kommt es vor, dass Nachbarsysteme weiter unter Spannung stehen, während man an einer Stelle arbeitet. Um vorzubeugen, dass man selbst aus Unachtsamkeit oder unvorsichtig mit einem Schraubendreher oder Gürtel etc. oder ein Anderer unwissend an einen stromführenden Leiter kommt, sollten diese Systeme entsprechend abgedeckt oder – bei größeren Anlagen – abgeschrankt werden. Wichtig ist, dass diese Abdeckung nicht „unsicher“ ausgeführt wird. Ein einfacher Zettel kann zum Beispiel durch das vorbeigehen eines Kollegen einfach „weggeweht“ werden.

Praxisbeispiele

Eine Vakuumpumpe wird getauscht. Die zugehörige Steuerung kann nicht ausgeschaltet werden. Der Sicherheitskreis zwischen Pumpe und Anlagensteuerung steht unter 230V Spannung und es müssen Leitungen verbunden werden. Arbeitet man dort alleine und will „nur kurz mal eben noch was holen“, liegen ggf. Kontakte offen, die unter Spannung stehen. Was ist hier mit den fünf Sicherheitsregeln?
1. Freischalten → Die Pumpe ist aus.
2. Gegen wiedereinschalten sichern → Das Netzkabel der Pumpe wurde entfernt.
3. Spannungsfreiheit feststellen → Wird die Motorsteuerung oder Bedienpanele der Pumpe geöffnet, werden alle vorhandenen Phasen (1 – 3) gegen null und Erde gemessen.
4. Erden und Kurzschließen → Hier nicht erforderlich/möglich, da das Netzkabel der Pumpe entfernt wurde und es sich um ein mobiles Gerät handelt.
5. Benachbarte Systeme abdecken → Ein in die Pumpe führendes Sicherheitskabel aus der Anlagensteuerung steht noch unter Spannung und wird mit entsprechenden Blindkappen und Hinweisen versehen.
Bemerkungen: Es wäre sicherer das Gehäuse der Pumpe mit einer extra gelegten Leitung zu erden. Zum Tausch der Pumpe muss auch das Sicherheitskabel geändert werden. Zur Arbeit am Sicherheitskreis müssen besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, da die Spannung nicht abzuschalten ist. Die Kontakte müssen während der Arbeit offen liegen. Hier können besondere Abläufe erforderlich sein, z. B. sollte ein „Sicherheitskollege“ bereit stehen und Spannungsschutzhandschuhe verwendet werden.

ESD

Nicht nur ihr, sondern auch die Bauelemente sind gefährdet. Durch elektrostatische Endladungen (Engl.: Electrostatic Discharge – ESD) können Halbleiterbauelemente beschädigt werden. Dabei können nicht nur die fühlbaren Entladungen, wie an einer Autotür oder einem Pullover kritisch werden. Auch niedrigere Spannungen, deren Auswirkungen man nicht unmittelbar spürt, können Bauteile gefährden.

Solange die Schaltung aufgebaut wird, gilt:

Auf der Arbeitsfläche sollte eine leitfähige Matte liegen, welche über einen Widerstand (0.5 bis 10MΩ) mit dem Erd- bzw. dem Schutzleiter verbunden ist. Ebenfalls sollte ein Erdungsarmband verwendet und Lötkolben oder sonstige Arbeitsmittel geerdet werden.
Wenn ihr mit einer Leiterplatte (auch PCB, Platine oder Printplatte) arbeitet, ist die Schaltung vor der Inbetriebnahme z.B. mit Abstandshaltern von der leitfähigen Matte zu isolieren, weil sonst ein Strom von einem Pin zu einem anderen Pin über die Matte fliessen kann.
Elektrostatische Entladung

Gefährdung durch Bauelemente

Elektrolyt- und Tantalkondensatoren(Elkos) nie verkehrt gepolt anschliessen oder mit zu hoher Spannung betreiben! Beides kann den Elko im schlimmsten Fall zur Explosion bringen.
Kohleschicht-Widerstände können bei Überlastung anfangen zu brennen.
Das Gehäuse von (Leistungs-)Halbleitern kann sich bei Betrieb stark erwärmen. Auch nach dem Ausschalten bleiben die Bauteile oft heiss, so dass man sich noch die Finger daran verbrennen kann.

Elektrolytkondensator